Hallo, ich möchte einen Quarzoszillator mit einem Transistor bauen. Ich habe eine Schaltung aus dem Tietze-Schenk simuliert ( Bauteilwerte selbst dimensioniert, Modellwerte für 4Mhz Quartz aus Tietze). Die ganze Schaltung findet sich im Anhang. Das Ding will aber unter keinnen Umständen Schwingen. Hat jemand eine Idee ? Oder gibt es bessere Schaltungen ? ajax
Schau' mal unter http://www.jogis-roehrenbude.de/Sender/UKW-Pruefsender/Pruefsender.htm Rechts der T3 und drumherum.
Die 10 k scheinen mir etwas hoch. Üblicherweise hat man im Kollektorkreis einen Schwingkreis. Die 8 und 10p scheinen mir dagegen bei 4 MHz etwas niedrig. Hier wurde schon öfters Bernd Neubigs Quarzkochbuch empfohlen, da sind viele Quarzoszillatorschaltungen beschrieben: http://www.axtal.com/index-deutsch.html
Wie simulierst du die Schaltung denn? In der Praxis schwingt ein Quarzoscillator durch Rauschen in den Bauteilen, die auch Frequenzanteile in der Nähe der Resonanzfrequenz enthalten an. Sowas geht im Simulator nicht. Daher präge ich dem Quarz immer einen kurzen Spannungs-Puls (oder Strom, je nach Schaltung) ein, damit er eine Anfangsenergie hat und den Schwingkreis anregt. Eine solche Anregung sehe ich nicht in deiner Schaltung.... Auf jeden Fall muss du dich auf lange Simulationszeiten einstellen...
Hallo bitte korrigiert mich wenn ich falsch liege aber um einen Oszillator zu erhalten müssen ALLE Schwingungsbedingungen erfüllt sein. A) Phasenverschiebung über alles = 0° oder 360° oder ein vielfaches davon B) Verstärkung über alles = 1 (zum Anschwingen Evtl mehr) Wie ich sehen hast du versucht einen stark vereinfachten Pierce Oszillator zu bauen. dieser Oszillator ist in den meisten Fällen in dieser Zusammenstellung nicht zum Schwingen zu bringen da die Rückkopplung über PARASITÄRE Effekte im und am Transistor entsteht. In der Simulation sowiso nicht und in der praxis zu 80% auch nicht. Ein Transistor in Emitterschaltung erzeugt zwischen Ein- und Ausgang idealerweise eine Phasenverschiebung von 180°. Ergo müsste dein Quarz eine Phasenverschiebung von ebenfalls 180° machen, kann er aber nicht. http://www.axtal.com/data/buch/Kap6.pdf schau dir mal ab seite 11 an spitzen Doku.. Es wäre zu empfehlen einen Colpits Oszillator zu bauen. Wenn du bei der Pierceschalung bleiben willst solltest du dir die "manuelle" Rückkopplung nicht sparen
Vielen Dank für die ausführlichen Antworten. @SuperUser >Wie simulierst du die Schaltung denn? In der Praxis schwingt ein >Quarzoscillator durch Rauschen in den Bauteilen, die auch >Frequenzanteile in der Nähe der Resonanzfrequenz enthalten an. Sowas >geht im Simulator nicht. Im Schaltbild habe ich die Spannungsversorgung als Sprungfunktion von 5 auf 6V ausgeführt. Ich habe gedacht, das würde ausreichen. @Andreas viellen Dank für den Link, sehr nützlich. >Wie ich sehen hast du versucht einen stark vereinfachten Pierce >Oszillator zu bauen. Bis auf den Basisspannungsteiler ist es aber der Gleiche wie auf S.16. Vielleicht liegt es an der Dimensionierung ? Gruss, ajax
Jope du hast recht das ist im Prinzip die gleiche Schaltung Ich hab di schaltung leider verwechselt... kann theoretisch doch schwinden... sry Der Quarz sollte mit den beiden Kondensatoren C3 und C4 einen Phasenschieber. Der muss so berechnet sein dass sich eine Phasenverschiebung von 180° ergibt. Ist das nicht so kann diese Schaltung Mangels richtigphasiger Rückkopplung nicht schwingen. Trenne die Leitung vom Kollektor zum Quarz auf und speise da (zum Quarz hin) ein Signal mit deiner Quarzfrequenz ein (<100mV) miss die Phasenverschiebung zum Signal am Kollektor und dreh dann deine Kondensatorwerte so hin dass das 0° sind. Was immer gute und reproduzierbare Ergebnisse geliefert hat ist eben ein Colpits-Oszillator (siehe Seite 11).
Die Idee mit dem Auftrennen ist nicht schlecht.
Zum Test hab ich die Verstärkerstufe 2x aufgebaut, damit der Ausgangswiderstand mit dem Eingangswiderstand am Rückkoppelungszweig übereinstimmt. Trotz einigem Herumspielen mit den Verstärkerparametern will das ganze einfach nicht schwingen. Die Verstärkung der Stufe scheint auch schon an Ihrer Grenze angelangt.
Also ich habe sehr gute Erfahrungen mit der kapazitiven Dreipunktschaltung gemacht, die schwingt wie blöd und super stabil. Peter
Hallo Peter, da ich in P-Spice keinen BC550C hatte, habe ich einen BC547B verwendet. Ergebnis: schwingt auch nicht. Gibt es irgendwo das Modell für den BC550C? Gruss, ajax
ajax, was willste denn? a: oszillator b: spice erforschen
@Ajax, "Ergebnis: schwingt auch nicht." Du must sie physisch aufbauen, dann schwingt sie auch. Bestätigt mal wieder mein Vorurteil, daß analoge Simulatoren ganz großer Mist sind. Ich bin Praktiker und habe schon öfters Schaltungen gesehen, die jemand simuliert hat und die in der Praxis nie funktionieren können. Und umgekehrt gehts eben auch. Peter P.S.: Hier gibt es einige Threads, die ellenlang sind und alle wundern sich, weil nirgends ein Fehler zu finden ist, bis dann endlich der Fragesteller mit der Wahrheit rausrückt, daß ers nur simuliert, aber nie getestet hat. Der braucht natürlich hier nie wieder ne Frage stellen, wenn er die Leute derart zum Narren hält.
Versuch beim der Simulation in Kondensator eine IC (Initial Condition) einzustellen. Im den Bauteilparametern.
Auftrennen und Überprüfen der beiden Schwingbedingungen für Phase und Amplitude ist der übliche Weg zur Kleinsignalsimulation von Oszillatoren. Die Amplitudenbegrenzung kann man nur mit Großsignalmodellen simulieren. Der Phasen-Nulldurchgang ist für die tatsächliche Schwingfrequenz entscheidend, eine Gesamtverstärkung größer 1 ist über einen größeren Frequenzbereich gegeben.
@alfsch >ajax, was willste denn? >a: oszillator >b: spice erforschen Tatächlich will ich beides. Ich bin der Meinung, dass nur wenn man die Simulation zum Schwimgen bekommt, man die Schaltung richtig verstehen kann. Einen Simulator zu benutzen macht Sinn, wenn man die Einschränkungen genau kennt. Und eben diese Grenzen möchte ich ausloten. Dann kenne ich die Eigenschaften des Simulators und kann ihn in Zukunft für andere Projekte benutzen. Ein Werkzeug entfalltet nur dann die vollen Möglichkeiten, wenn der der es benutzt sehr viel Erfahrung damit hat. ( Man versuche mit einem Messer eine Holzfigur so gut zu schnitzen wie ein Bildhauer ) Ich will die Schaltung aber auch real aufbauen. Mitllerweile habe ich einen LC-Oszillator simuliert (http://de.wikipedia.org/wiki/Moderne_Oszillatoren) simuliert. Ergebnis: schwingt ! Es ist allerings ein kleiner Anregungsripple (0.001V) auf der Versorgung notwendig, sonst bleibt die Schaltung statisch. Aber leider ist es halt kein Quarz-Oszillator. Was die Schaltung mit dem BC550C anbelangt: Ich habe im Datenblatt nachgesehen, der hat ein Beta von 500, das liegt um einiges höher als beim BC547B. Vielleicht ist das der Grund für das Nichtschwingen. Frage: weiss jemand, wo man freie Bauteilbibliotheken für P-Spice finden kann ?
Das Beta ist in der Kollektorschaltung relativ uninteressant. Im Original habe ich einen SC236c (DDR-Typ) verwendet. Ein Quarz könnte beim Simulieren Schwierigkeiten machen, da es eine sehr hohe Güte hat und demzufolge nur sehr wenig Energie aufnimmt. Z.B. hab ich mal mit nem Oszi das Anschwingen beobachtet. Ein 10MHz brauchte etwa 8ms um die volle Amplitude zu erreichen. D.h. Du müßtest über eine Zeitdauer von 80000 Schwingungen simulieren. Schwingschaltung war dabei ein 8051. Peter
Hallo, natürlich kann man Quarz-Oscillatoren simulieren. Hier mal die Simulation von Peter's Oscillator. Wichtig ist nur, den Quarz am Anfang einen ordentlichen Tritt zu verpassen.... Grüße SU
#ajax im prinzip ja...auch ich denke, man sollte sein werkzeug kennen. ne simu is ne feine sache. aber nicht real. dh, es gibt grenzen, da geht nur erfahrung+oszi. nicht dass spice falsch rechnet, nee, nur die verwendeten modelle entsprechen nicht der (komplexeren) realität. simu wird sinnlos (oder sehr komplex) zb bei mosfet, quartzen, gasentladungs-lampen...
>nur die verwendeten modelle entsprechen nicht der (komplexeren)
realität.
Dessen muss man sich immer bewußt sein. Z.B. haben Quarze einige nette
nichtlineare Effekte (z.B. DLD Effekt) die im linearen Modell überhaupt
nicht berücksichtigt sind.
Um das Anschwingverhalten zu beurteilen braucht man daher Erfahrung.
Man kann z.B. die Modelle bewusst verschlechtert oder genügend
Overdrive einbaut und - solange diskret möglich - die Schaltung
aufbauen. Allerdings für eine Volumenproduktion muss man - genau wie am
Simulator - auch im Aufbau tricksen um die worst case Bedingungen
sicherzustellen.
Also die Dreipunktschaltung bringe ich im Simulator ohne Probleme zum Schwingen ... falls jemand die Simulation haben will soll er sich noch mal melden, dann such ich sie noch mal raus.
Also mit LTSpice (v2.16o) schwingt die Schaltung im Ausgangspost nach kleinen Modifikationen einwandfrei an. Dauert so rund 2-3 ms und die Frequenz liegt bei 4,09 MHz. Änderungen: R4 -> 4,7Meg R6 -> 4,7k R5 -> 1k Nach rund 10ms legt der Oszillator auch ohne jede Anregung, wohl durch Rundungsfehler los.
Hallo Stephan, hier noch mal der Schaltplan mit den von Dir angegebenen Werten.
und hier die Simulationsfiles. Leider ... schwingt das Ganze bei mir nicht. Ich verwende das P-Spice von Mikrosim Eval 8.0 welches in der CD im Tietze Schenk angehängt ist. Wenn ich keinen Fehler gemacht habe, dann schein es hier doch wichtige Unterschied bei den Simulatoren zu geben.
SuperUser: ich habe mir Deinen Schaltplan mal angeschaut, dort befindet sich ein BC847C anstatt ein BC547B. Der Transistor hat schon mal eine ca. doppelt so große Stromverstärkung und leider habe ich den bei meiner Evaluation-Version nicht zur Verfügung. Ausserdem hast Du den Dämfpungswiderstand im Quartz reduziert und damit die Güte des Quarzes im Vergleich zum Orginal um den Faktor 7 erhöht. Ich habe leider keine Ahnung, ob sich die Gütefaktoren der Quarze in diesen Bereichen bewegen.
Hallo ajax, Hast du die Simulation mal ausprobiert? Der Verstärkungsfaktor des Transistors sollte bei dieser Schaltung keine (grosse) Rolle spielen. Dein Serial-Resistor von 100 Ohm ist für einen Quarz recht hoch. Ich hatte einfach mal einen realistischen Wert eingetragen, allerdings nicht probiert, ob das einen Einfluss hat. Aber der serial resistor ist schon ein wichtiger Parameter - gerade fürs Anschwingen. Wenn du die Schaltung vorliegen hast, kannst du das ja mal ausprobieren. Das sind die genau die interessanten Sachen die man sich bei solchen Simulationen anschauen kann.... (Ich habe das File jetzt nicht hier und keine Lust das nochmal einzugeben...) Grüße SU
Ja, ich habe die Schaltung simuliert, aber sie hat keine Schwingneigung gezeigt. Da muss es also tatsächlich Unterschiede bei den Simulatoren geben.
Also ich habe die Schaltung heute Mittag mit vielen verschiedenen Transistoren und auch verschiedenen Widerstandswerten simuliert. Schwingt fast immer (nicht bei 1k, und den 2N3055 bekomme ich auch nicht zum schwingen...) Die spice Parameter für viele Transistoren kann man sich bei z.B. NXP oder Infineon runterladen. Im Anhang mal die Infineon library. Grüße SU
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